专利名称：基于乘法器和电流反馈放大器的程控滤波器的制作方法
技术领域：
基于乘法器和电流反馈放大器的程控滤波器技术领域 本实用新型属于信号处理技术领域，具体地说涉及一种基于乘法器 和电流反馈放大器的程控滤波器。
背景技术：
滤波器广泛地应用在数据采集、信号处理和通信系统等领域。在信号 频率动态范围较窄的场合，设计固定截止频率的滤波器，人们已积累了丰富的设计资料。但 在许多应用场合，信号频率变化范围较大，要求设计具有不同截止频率的滤波器，用以实现 程控滤波功能。目前设计程控滤波器主要有以下两种方法，第一种方法是由RC网络和普通运算 放大器构成有源RC滤波器，并且通过模拟开关或数字电位器改变RC网络的电阻值来实现 程控功能。选用模拟开关选通电阻网络，会使电路分布参数变大，电路复杂，而选用数字电 位器改变电阻网络值，增大了编程难度，而且不论选择模拟开关还是数字电位器，都会影响 滤波器截止频率的精度。另一种方法是采用现有的集成滤波器芯片，例如MAXIM公司的 26X，27X，29X系列开关电容滤波器芯片，这类芯片的特点是根据需要可实现低通、高通、带 通、带阻、全通滤波，且稳定性较好，截止(或中心)频率可程控(一般在1MHz以内)，但在使用 过程中要特别注意电路噪声和信号混叠问题。用上面两种方法设计的程控滤波器，都有一 个共同的缺点，即滤波器的截止频率不高。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种能够实现截止频率程控，且信号处 理范围宽、速度高的基于乘法器和电流反馈放大器的程控滤波器。为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案是一种基于乘法器和电流反馈放大器的程控滤波器，它包括主控电路、数模转换电 路、低通滤波电路、键盘与显示电路及电源电路，其中主控电路分别和数模转换电路、低通 滤波电路及键盘与显示电路相连接；电源电路分别给主控电路、数模转换电路、低通滤波电 路、键盘与显示电路提供不同的工作电压，其特征是所述的低通滤波电路是由高速宽带模 拟乘法器、电流反馈放大器、可编程电阻网络及其电容构成，其中高速宽带模拟乘法器的一 个输入端与数模转换电路输出端连接，与主控电路一起构成压控低通滤波单元。所述的低通滤波电路中，高速宽带模拟乘法器芯片型号为AD835，电流反馈放大器 芯片型号为AD844，可编程电阻网络通过主控电路选通双向模拟开关来实现。本实用新型提供的上述基于乘法器和电流反馈放大器的程控滤波器，采用了由高 速宽带模拟乘法器、电流反馈放大器、可编程电阻网络及其电容构成的低通滤波电路，充分 利用高速宽带模拟乘法器和电流反馈放大器的优点，具有截止频率高等特点，通过主控电 路调节数模转换电路的输出电压和低通滤波电路可编程电阻网络的值，实现截止频率和Q 值的精确连续调节，在频率特性、动态范围等方面较之由普通运算放大器组成的电路具有 更优良的特性，有效地解决了普通有源RC滤波器截止频率低、高频性能不良的问题，适用 于信号频率范围宽、速度高以及需要智能处理的场合。
图1是本实用新型的系统结构框图；图2是本实用新型的低通滤波电路原理图；图3是本实用新型的数模转换电路原理图；[0012]图4是本实用新型的键盘与显示电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。如图1所示，本实用新型提供的基于高速模拟乘法器和电流反馈放大器的程控滤 波电路实施例中，包括主控电路1、数模转换电路2、低通滤波电路3、键盘与显示电路4和电 源电路5，其中主控电路1分别与数模转换电路2、低通滤波电路3、键盘与显示电路4连 接；数模转换电路2的输出端与低通滤波电路3连接。需要说明的是键盘与显示电路4构 成人机接口界面，用户可以通过键盘输入所需设置的截止频率并送显示；主控电路1、数模 转换电路2、低通滤波电路3构成压控低通滤波单元；电源电路5用来给主控电路1、数模转 换电路2、键盘与显示电路4提供+5V电源，给低通滤波电路提供士 5V和士 12电源。本实用新型实施例中，主控电路1 一般采用AT89S52单片机；电源电路5采用本领 域技术人员所熟知技术，实现本实用新型电路的内部电源供电。如图2所示，本实用新型的低通滤波电路是由高速宽带模拟乘法器AD835、电流反 馈放大器AD844、可编程电阻网络及其电容构成。低通滤波电路原理图中U1为双向模拟开关⑶4066，U2为高速宽带模拟乘法器 AD835, U3为电流反馈放大器AD844，R1的阻值为2K Q，R2的阻值为200 Q，R3、R4阻值相 等都为10KQ，R5、R6、R7的阻值分别为100QUKQ和5KQ,C1的电容值为5pF。下面分别 予以介绍。高速宽带模拟乘法器AD835是一款高速模拟四象限乘法器，其带宽可达250MHz， 其引脚连接如下(1) 引脚7和8、1和2为差分放大器的正负输入端，7脚电压控制端VX接数模 转换电路输出端，1脚和8脚接地；(2) 6和3为正负电源端，分别接+5V和-5V ；(3) 4脚为求和输入端；(4) 5脚为乘法器输出端。在4脚和5脚之间接由R1、 R2组成的分压器，并结合(1)可知，乘法器的电压输出可简化为(5) 滤波信号从Vin端输入。⑶4066是一款双向模拟开关，芯片内部集成了 4个独立的可传送数字及模拟信号 模拟开关，在本实用新型实施例中同电阻R5、R6、R7和电容C1共同组成低通滤波器的
可编程电阻-电容网络，引脚连接如下[0025](1)1、2引脚分别为模拟开关A的输入端或输出端，与电阻R5连接；[0026](2)3、4引脚分别为模拟开关B的输入端或输出端，与电阻R6连接；[0027](3)5引脚为模拟开关B的控制端，接单片机P0. 1引脚；[0028](4)6引脚为模拟开关C的控制端，接单片机P0. 2引脚；[0029](5)7引脚为负电源端，接-12V电源；[0030](6)8、9引脚分别为模拟开关C的输入端或输出端，与电阻R7连接，电阻R7的
一端再与U3 (AD844)的2引脚连接；(7) 13引脚为模拟开关A的控制端，接单片机P0. 0弓丨脚；(8) 14弓丨脚为正电源端，接+12V电源；[0033](9) 10、11、12 引脚未使用。AD844是一款电流型反馈放大器，具有高的转换速率和较宽的带宽，且其带宽和 增益之积不为定值。例如，由电流反馈放大器AD844组成的放大器为增益-1时，带宽为 60MHz ；当增益为-10时，带宽为33MHz ；增益为+100时，带宽为9MHz。因此，电流反馈放大 器(AD844)较之普通运算放大器具有更好的交流特性。其在本实用新型实施例中的引脚连 接如下
2引脚为反相输入端，与电阻R7的一端连接； 3弓丨脚为同相输入端，接GND;
7引脚和4引脚为正负电源接线端，分别接+12V和-12V ； 5弓丨脚为电流输出端，与电容Cl的一端连接，电容Cl的另一端接GND; 6引脚为滤波后信号Vo输出端，与电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端 与U2 (AD835)的2引脚连接；(6) 1、8引脚未使用。在本实用新型实施例中，记Ul (⑶4066)选通的电阻网络值为R，电压控制信号VX 从U2 (AD835)的7引脚输入，滤波信号从Vin端输入，经滤波后的信号Vo从U3 (AD844) 的6引脚输出，该滤波器的传输函数为
￥σ f'A'-'i1
(1) ⑵
⑶ ⑷
(5)
Jfe" AJ"
Γ" Λ" 当 R4=R3=10K，Cl=C=5pF 时，截止频率为叫=
Ri
Ss+Ri
J
RC
。因此，通过控
制电压VX和调节电阻R的阻值，就可精确调节滤波器的截止频率和Q值。如图3所示，本实用新型的数模转换电路原理图U4 (MAX550)是一款8位低功耗 串行AD转换器件，在本实用新型实施例中，引脚连接如下(1) 1引脚为接地端，接GND;(2) 2引脚为转换电压输出端，与U2 (AD835) 7引脚电压控制端VX连接；(3) 3引脚为片选信号端，与单片机P0. 3引脚连接；(4) 4引脚为串行数据输入端，与单片机P0. 5引脚连接；(5) 5引脚为时钟输入端，与单片机P0. 4引脚连接；(6) 6引脚未使用，与电源引脚8连接，接+5V电源；(7) 7引脚参考电压输入端，与分压器R5共同构成参考电压电路。如图4所示，本实用新型的键盘显示电路原理图中BC7281是一款8位/16位LED 数码管显示及键盘接口专用控制芯片，通过外接移位寄存器可以最多控制16个数码管，同 时可扩展最多64个按键矩阵键盘。在本实用新型实施例中，具体应用如下(1) 1引脚为串行数据端，通过上拉电阻R27与单片机TO的17引脚连接；(2) 2引脚为键盘有效输出端，与单片机TO的13引脚连接，以中断方式触发键 盘扫描；(3) 3引脚为串行时钟输入端，与单片机TO的15引脚连接；[0056](4) 电阻R14、电容C8构成外接RC振荡电路，与引脚16连接，为显示和键盘扫 描提供时钟驱动；(5) 引脚6至引脚13为位驱动输出，为使用键盘功能，需加100ΚΩ下拉排阻 RNl0弓丨脚6至引脚10分别接三极管Ql至Q5的基极，驱动共阳极数码管DISPO至DISP4 ；(6) 17引脚为外接段驱动移位寄存器时钟端，与移位寄存器TO (74HC164)8 引脚连接；(7) 18引脚为外接段驱动移位寄存器数据端，与TO (74HC164) 1引脚和2引 脚互连接；(8) 为了防止键盘功能对显示部分的影响，在键盘矩阵与显示电路之间加入 4. 7K 电阻 R28-R31 和二极管 D1-D4。本实用新型提供的上述基于高速宽带模拟乘法器和电流反馈放大器的程控滤波 器，系统上电完成器件的初始化后，若需要设置低通滤波器的截止频率，可以从键盘直接键 入精确到小数点后1位的数字频率值。由于某一截止频率可能对应多组不同的电阻R值和 控制电压值VX，因此在本实用新型实施例中可以设置不同的R值和控制电压VX值，以获得 不同的Q值。其工作原理为由高速模拟乘法器AD835、电流反馈放大器AD844、双向模拟开 关⑶4066以及RC网络构成一个压控的低通滤波电路；由主控制器控制MAX550给低通滤波 电路提供控制电压；采用键盘显示专用控制芯片BC7281和移位寄存器74HC164构成键盘显 示电路，可以通过键盘设置不同的滤波器截止频率，并送数码管显示。本实用新型实施例中 的低通滤波电路动态滤波范围在15MHz以上，适用于信号频率范围宽，速度高的场合。
权利要求一种基于乘法器和电流反馈放大器的程控滤波器，它包括主控电路、数模转换电路、低通滤波电路、键盘与显示电路及电源电路，其中主控电路分别和数模转换电路、低通滤波电路及键盘与显示电路相连接；电源电路分别给主控电路、数模转换电路、低通滤波电路、键盘与显示电路提供不同的工作电压，其特征是所述的低通滤波电路是由高速宽带模拟乘法器、电流反馈放大器、可编程电阻网络及其电容构成，其中高速宽带模拟乘法器的一个输入端与数模转换电路输出端连接，与主控电路一起构成压控低通滤波单元。
2.根据权利要求1所述的基于乘法器和电流反馈放大器的程控滤波器，其特征是所 述的低通滤波电路中，高速宽带模拟乘法器芯片型号为AD835，电流反馈放大器芯片型号为 AD844，可编程电阻网络通过主控电路选通双向模拟开关来实现。
专利摘要本实用新型提供了一种基于乘法器和电流反馈放大器的程控滤波器，它包括主控电路、数模转换电路、低通滤波电路、键盘与显示电路及电源电路，其特征是所述的低通滤波电路是由高速宽带模拟乘法器、电流反馈放大器、可编程电阻网络及其电容构成，其中高速宽带模拟乘法器的一个输入端与数模转换电路输出端连接，与主控电路一起构成压控低通滤波单元。该程控滤波器充分利用高速宽带模拟乘法器和电流反馈放大器的优点，并通过主控电路调节数模转换电路的输出电压和低通滤波电路可编程电阻网络的值，实现截止频率和Q值的精确连续调节，具有截止频率高、信号处理范围宽、速度高等特点，适用于信号频率范围宽、速度高以及需要智能处理的场合。
文档编号H03H17/00GK201663585SQ20102029759
公开日2010年12月1日 申请日期2010年8月19日 优先权日2010年8月19日
发明者冯菁, 张维昭, 王科宁, 范满红, 许国威, 马胜前 申请人:西北师范大学